3D打印的工作原理
3D打印机与普通打印机工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印机的打印材料是墨水和纸张，而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂砾、细胞、水凝胶等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料，然后由数控成型系统利用激光束、热熔喷嘴等方式将粉末状、液状或丝状金属、陶瓷、塑料、细胞组织等材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。通俗地说，3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备，比如打印一个机器人、打印玩具车，打印各种模型，甚至是食物等等。之所以通俗地称其为“打印机”是参照了普通打印机的技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。这项打印技术称为3D立体打印技术。
3D打印机是3D打印的核心装备，它是集机械、控制及计算机技术等为一体的复杂机电一体化系统，主要由高精度机械系统、数控系统、喷射系统和成型环境等子系统组成。与传统制造业的“减材制造技术”相反，3D打印遵从的是加法原则，即“逐层叠加”原则，不再需要传统的刀具、夹具和机床，能实现设计制造一体化，从而大幅降低了生产成本和缩短了加工周期，提高了原材料和能源的利用率，减少了对环境的影响，并且能实现复杂结构产品的设计制造，成型产品的密度也更加均匀。
3D打印存在着许多不同的技术工艺。它们的不同之处在于层叠方法和使用的材料。有些工艺通过熔化或软化材料分层，例如激光选区熔化技术（SLM）或直接金属激光烧结术（DMLS）、选择性激光烧结术（SLS）、熔融沉积成型（FDM）或熔丝制造（FFF）。还有些工艺运用不同技术加工液体原料，例如立体光刻技术（SLA）。在分层实体制造技术（LOM）下，原材料（纸张，聚合物，金属等）被切分成层以供重组。每种工艺都有自身的优缺点，因此一些公司开始同时供应粉末与聚合物原材料以供不同的工艺选择。另外一些公司有时会以现成的普通单据为原料制作能长期使用的基础模型。
关于各类3D打印技术工艺及成型原理，我将在后期的内容逐一为大家做详细介绍。
3D打印的基本流程
简单来说，3D打印的基本流程就三个步骤：数据准备、打印成型及后处理。但为了初学者容易理解，我把它拆分为九个部分作为一个完整的操作流程。
1. 获得3D数字模型
获得3D数字模型（常见格式 ：.stl 、.obj等）是3D打印流程的第一步，模型的获取方式主要有以下四种：
（1）建模，通过3D建模软件自行建模，常用3D建模软件如：3Dmax、ZBrush、Sketchup、Blender、Solidworks、Creo（PRO/E）、Rhino等，需要相对专业的建模知识及行业应用经验，门槛相对较高。当然现在也出现了基于web的可视化编程建模，一边输入逻辑文本，另一边根据输入逻辑进行计算从而生成数字模型。
（2）网络模型库下载，如：Thingiverse（T站）、MyMiniFactory 、Threeding、创想云等，提供了大量免费优质可供打印的数据模型，下载打印即可。
（3）逆向扫描，使用3D扫描仪扫描获得数字模型，比如：三星堆出土的文物就可以使用3D扫描仪进行扫描，从而获得数字模型文件。
（4）图片生成浮雕模型，这个很多切片软件都已经自带了这个功能，将图片直接拖拽或者加载进去并设定好尺寸参数即可，其生成原理是根据图片的色阶生成凹凸不平的浮雕文件，比如相框、月球灯都是这么做的。
2. 数据准备（模型精修）
适用于3D打印的单个独立的模型数字文件要求水密及独立壳体，这样才能保证模型打印的精确度，具体原因我们在后期讲STL的时候再为大家详细解释。由于3D模型都是由点线面组合构造得来，所以最终构造出的模型文件会产生一些坏边、干扰壳体、孔洞、缝隙、错误轮廓、多余三角面片等影响打印质量的细微因素，但肉眼无法区分，需要使用专业软件才能实现模型精修。3D模型修复常用软件有Materialise Magics、Formware、3D Builder、FreeCAD、Meshmixer等，在本系列教程中，我将使用Materialise Magics为大家做详细讲解。
3. 切片
将精修后的数字模型通过切片软件转化成3D打印设备可识别的运动轨迹代码。切片软件是由打印设备厂商为用户配套的，有开源公版和私有开发版，常见切片软件有cura、chitubox、Simplify3D、Slic3r等。
4. 打印
即上机打印过程，在开始执行打印动作之后，在打印材料足够，设备运行正常的情况下，整个过程基本都是自动完成的，无需其他操作。关于打印过程中突发情况的处理，我们在后期内容详细介绍。
5. 取模（拆模）
打印完成后，将模型与打印平台剥离并拆除多余支撑，得到最终模型实体。这里没有什么固定套路或技巧，因为没有模型成型的样式和工艺不一样，但我有一些心得和经验后期会整理成一期专题分享给大家。
6. 二次工艺后处理
我们把3D模型打印完成后的一系列操作，统称为3D打印的二次工艺或者后处理工艺。常见工艺有喷砂、磨砂、打磨抛光、补土、底漆、上色、印刷、喷涂（哑光漆、亮光漆、仿电镀漆、橡胶漆、光油、皮纹漆）、印刷（丝印转印烫印）、贴膜、镭雕、电镀、阳极氧化、热处理、镜面等等。
7. 预组装
预组装是指在二次工艺完成后且需要安装电子功能模块的模型处理步骤，比如 打印的月球灯、蓝牙音响、电动小车等等，由于3D打印的模型实物具有一定的细微误差，所以我们需要在正式安装电子模块之前至少完成一次预组装，将模型实物的细微误差完全修正，已备正式安装。
8. 电子功能模块安装
安装前测试好模块个功能是否运作正常，确认无误后再进行正式安装。
9. 组装/测试/清洁
以上为执行一次3D打印的完整流程。通常人们所说的3D打印是指3D打印机上的操作过程，但对于业内人士来说，完整的3D打印流程，应该是从获得3D模型数据开始到最终成品成型的过程。
下一期，我们接着讲3D打印技术的应用领域。
【温馨提示：】
本文内容摘抄于“深山闲士”原创教程《3D打印全职实战型讲师系列课程 2021版》，如需转载请注明此来源。
相关文章
